Conforme a Resoluc¸ ˜ao Normativa n◦ 482, de 17 de abril de 2012, se ade- quam como microgerac¸ ˜ao distribu´ıda, central geradora de energia el ´etrica que possua
4.2 ACESSO DE MICRO E MINIGERAC¸ ˜AO DISTRIBU´IDA AO SISTEMA EL ´ETRICO 42
pot ˆencia menor ou igual a 75 kW e que utilize cogerac¸ ˜ao qualificada e minigerac¸ ˜ao distribu´ıda como central geradora com pot ˆencia instalada maior que 75 kW e menor ou igual a 3,0 MW para fontes h´ıdricas ou menor ou igual a 5,0 MW para cogerac¸ ˜ao qualificada.
Os procedimentos e exig ˆencias necess ´arias para ser poss´ıvel o acesso da microgerac¸ ˜ao distribu´ıda ao sistema el ´etrico podem sofrer alterac¸ ˜oes de acordo com a concession ´aria local, desta maneira, esta sec¸ ˜ao traz resumidamente coment ´arios sobre este acesso conforme a COPEL estabelece.
A norma NTC 905200 da COPEL, que possui crit ´erios t ´ecnicos de projeto, protec¸ ˜ao, medic¸ ˜ao, controle, seguranc¸a e operac¸ ˜ao de unidades geradoras, os pro- cedimentos definidos no PRODIST e a regulamentac¸ ˜ao vigente ´e aplicada ao acesso de microgerac¸ ˜ao e minigerac¸ ˜ao distribu´ıda que acessem o sistema el ´etrico atrav ´es de unidades consumidoras e que fac¸am ades ˜ao ao Sistema de Compensac¸ ˜ao de Energia El ´etrica, com pot ˆencia instalada de gerac¸ ˜ao at ´e 1,0 MW.
As Centrais geradoras que s ˜ao enquadradas como micro ou minigerac¸ ˜ao iniciam os procedimentos de acesso na etapa de solicitac¸ ˜ao de acesso, sem a ne- cessidade de cumprir as etapas de consulta de acesso e informac¸ ˜ao de acesso. As pr ´oximas etapas ser ˜ao o parecer de acesso, a realizac¸ ˜ao de obras, a vistoria e liberac¸ ˜ao para operac¸ ˜ao e a liberac¸ ˜ao de inversores.
Em nenhuma hipot ´ese a gerac¸ ˜ao pode operar ilhada alimentando cargas na regi ˜ao, entretanto, o gerador pode operar de forma isolada, se alimentar apenas as cargas de sua unidade consumidora (COPEL, 2014).
Entre os requisitos expostos pela NTC 905200 da Copel, destacam-se: 1. O sistema de protec¸ ˜ao das instalac¸ ˜oes dever ´a atuar, retirando de operac¸ ˜ao a
gerac¸ ˜ao pr ´opria, quando houver: abertura manual do circuito alimentador na subestac¸ ˜ao da Copel; Abertura do circuito alimentador na subestac¸ ˜ao da Co- pel por defeitos monof ´asicos, bif ´asicos e trif ´asicos, envolvendo ou n ˜ao a terra; Falta de fase(s) nas instalac¸ ˜oes do acessante ou na rede el ´etrica da Copel; e religamentos autom ´aticos provenientes de equipamentos com dispositivos de recomposic¸ ˜ao autom ´atica do sistema el ´etrico da Copel.
2. As instalac¸ ˜oes do acessante de gerac¸ ˜ao dever ˜ao dispor de equipamentos ade- quados para a supervis ˜ao das condic¸ ˜oes de sincronismo de forma a possibilitar o paralelismo entre a central geradora e a Copel.
3. A protec¸ ˜ao anti-ilhamento deve desconectar o gerador da rede, sem qualquer retardo intencional, em caso de falta de tens ˜ao oriunda da rede de distribuic¸ ˜ao; O gerador n ˜ao poder ´a injetar energia na rede se esta n ˜ao estiver com sua tens ˜ao adequada em todas as fases. O circuito de sincronismo do gerador s ´o deve permitir nova sincronizac¸ ˜ao num tempo maior ou igual a 2 minutos do retorno de energia.
4. Em caso de curto-circuito, a regi ˜ao afetada dever ´a ser a menor poss´ıvel;
5. Os equipamentos do sistema de protec¸ ˜ao precisam ser adequados para operar em paralelismo permanente;
4.3 SINCRONIZAC¸ ˜AO DA CGH
A manobra de agrupamento ou da retirada de um gerador em paralelo deve ser realizada de tal forma que ele n ˜ao cause perturbac¸ ˜ao no regime de funcionamento das linhas que est ˜ao sendo utilizadas. Desta forma esse agrupamento deve ser re- alizado sem que a tens ˜ao e a frequ ˆencia das linhas sofra alguma modificac¸ ˜ao, nem mesmo por pequenos per´ıodos de tempo (MARTIGNONI, 1973).
Para realizar a interligac¸ ˜ao de um gerador com a rede el ´etrica, ´e necess ´ario que o mesmo encontre-se em sincronismo com a rede el ´etrica. Para tal, alguns re- quisitos devem ser atendidos. Estes requisitos s ˜ao descritos a seguir (BERNARDES, 2013):
• Os valores de magnitude da tens˜ao nos terminais do gerador deve ser muito pr ´oxima ou considerada id ˆentica `a tens ˜ao do sistema, isto se deve ao fato de que, caso haja diferenc¸a entre esses valores, h ´a o surgimento de corrente que circular ´a entre a conex ˜ao do barramento;
• A frequˆencia do gerador e a frequˆencia do sistema devem ser muito pr´oximas. Isto, para evitar o surgimento de tens ˜oes distorcidas no barramento e conse- quentemente picos de tens ˜ao;
• Os ˆangulos de fase do gerador e do sistema tamb´em devem ser os mais pr´oximos poss´ıveis, para assim, eliminar as correntes que circulam devido `a diferenc¸a fa- sorial resultante entre as tens ˜oes.
4.3 SINCRONIZAC¸ ˜AO DA CGH 44
que est ˜ao sendo alimentadas por outros geradores, deve-se acionar o gerador A, at ´e que este atinja a sua velocidade nominal (MARTIGNONI, 1973).
Figura 15: Exemplo de sistema para sincronismo de gerado- res.
Fonte: Adaptado de Martignoni (1973)
Em seguida, ´e necess ´ario que o volt´ımetro da m ´aquina indique o mesmo valor eficaz da tens ˜ao da linha. Sem que os valores instant ˆaneos das duas tens ˜oes n ˜ao forem iguais, n ˜ao haver ´a coincid ˆencia entre as sen ´oides das tens ˜oes, desta forma, enquanto estes valores n ˜ao forem iguais, o interruptor I n ˜ao poder ´a ser fechado. Ou seja, h ´a uma diferenc¸a de potencial instant ˆanea entre o gerador e a linha, acusada pelo volt´ımetro V1, onde, caso este interruptor seja fechado com estas condic¸ ˜oes, em decorr ˆencia desta diferenc¸a de potencial, circular ´a uma corrente significativa, que perturbar ´a o funcionamento das barras, podendo prejudicar mec ˆanicamente e ter- micamente o gerador. Assim, o interruptor I ser ´a fechado, quando os valores ins- tant ˆaneos da tens ˜ao das barras e do alternador serem constantemente zeros, ou seja, o volt´ımetro indicando zero. Outras implicac¸ ˜oes s ˜ao dadas tamb ´em pelo fato de nem sempre conseguir alcanc¸ar a condic¸ ˜ao de igualdade entre as tens ˜oes como dito an- teriormente, por um tempo muito longo, desta forma, o interruptor deve ser fechado quando o volt´ımetro indicar zero por um per´ıodo razoavelmente longo (MARTIGNONI, 1973).
Quando o interruptor I ´e fechado, o paralelismo entre os geradores ´e reali- zado, isto acontece mesmo se o gerador A n ˜ao possua uma velocidade rigorosamente igual, pois, ap ´os o este fechamento, ele passar ´a a trabalhar de forma s´ıncrona com as barras. Assim, qualquer acelerac¸ ˜ao ou retardamento que o gerador sofra, ser ´a anu-
lada por conjugados sincronizantes, provocados pela troca de corrente entre a barra e o mesmo (MARTIGNONI, 1973).
4.4 TURBINAS HIDR ´AULICAS
Turbinas hidr ´aulicas s ˜ao consideradas como m ´aquinas que convertem ener- gia hidr ´aulica em energia el ´etrica. Os tipos de turbinas que s ˜ao usualmente utilizadas em micro, mini e pequenas centrais hidrel ´etricas s ˜ao (MELLO, 2005): turbina Turgo, turbina Pelton, turbina Kaplan, turbina de fluxo cruzado, turbina Francis, turbina axial, turbina sif ˜ao, turbina S e turbina bulbo.
Entre os modelos de turbinas, as mais conhecidas s ˜ao as turbinas Francis, Kaplan e Pelton. Cada modelo de turbina ´e determinado de acordo com v ´arios fatores, sendo eles a queda, a vaz ˜ao e a velocidade de rotac¸ ˜ao. Na Figura 16, mostra-se um gr ´afico que possui as ´areas de aplicac¸ ˜ao das turbinas Pelton, Francis, Kaplan e Bulbo de acordo com o fornecedor de turbinas hidr ´aulicas Hacker, onde leva-se em considerac¸ ˜ao a altura da queda e a vaz ˜ao.
Figura 16: Aplicac¸ ˜ao das turbinas hidr ´aulicas. Fonte: Retirado de Hacker (2016).
4.4 TURBINAS HIDR ´AULICAS 46
discutidas a seguir:
• TURBINAS FRANCIS:
Desenvolvida em 1874, nos EUA, quando James Bicheno Francis (1815-1892) ficou respons ´avel por estudar uma turbina para o aproveitamento energ ´etico do desn´ıvel de um rio, focando o interesse na m ´aquina centr´ıpeta de Samuel Dowd (1804-1879), como as suas modificac¸ ˜oes foram muito importantes, a turbina aca- bou ganhando o seu nome (SOARES, 2013). As turbinas Francis s ˜ao conside- radas como turbinas de reac¸ ˜ao de fluxo radial, onde a ´agua sob press ˜ao entra em um condutor em espiral que circunda as p ´as m ´oveis e flui atrav ´es de p ´as fixas na direc¸ ˜ao radial para o interior da turbina, assim, a ´agua passa pelo rotor no sentido descendente, exercendo press ˜ao contra as p ´as m ´oveis, acionando o rotor da turbina (COSTA, 2003) O gerador, neste tipo de turbina, ´e normalmente acionado pelo pr ´oprio eixo da turbina. Na Figura 17 ´e mostrado uma Turbina do tipo Francis. Na Tabela 6 ´e mostrado algumas instalac¸ ˜oes que possuem turbinas Francis.
Tabela 6: Instalac¸ ˜oes com turbinas Francis no Brasil.
Instalac¸ ˜oes H (m) Q (m3/s) N (CV) n (rpm)
Itaipu - Rio Parana 118,4 660,0 971000 92,3
Furnas - Rio Grande 88,9 190,0 210000 150
Tucurui - Rio Tocantins 60,8 576,0 430000 84
Fonte: Adaptado de SOARES, input (2015).
Figura 17: Exemplo de uma turbina do tipo Francis. Fonte: Retirado de Hacker (2016).
• TURBINAS KAPLAN:
As turbinas Kaplan foram criadas pelo engenheiro Victor Kaplan (1876-1934), onde por meio de estudos te ´oricos e experimentais criou um novo tipo de turbina a partir das turbinas de H ´elice com a possibilidade de obter p ´as regul ´aveis (SO- ARES, 2013). As turbinas do tipo Kaplan, s ˜ao consideradas como turbinas de reac¸ ˜ao, onde possuem o fluxo de ´agua na direc¸ ˜ao radial no distribuidor e axial na entrada do rotor, onde as p ´as tem passo regul ´avel em funcionamento. As tur- binas de rotor Kaplan podem ser compostos de carcac¸as do tipo tubular ou em caixa espiral. Na Figura 18, mostra-se um exemplo da turbina Kaplan do forne- cedor Hacker. Na Tabela 7 mostra-se algumas instalac¸ ˜oes que utilizam turbinas Kaplan.
Tabela 7: Instalac¸ ˜oes com turbinas Kaplan no Brasil.
Instalac¸ ˜oes H (m) Q (m3/s) N (CV) n (rpm)
Sobradinho - Rio S ˜ao Francisco 27,2 715,0 242000 75
Jupi ´a - Rio Paran ´a 23,0 462,0 140000 78
Cachoeira Dourada - Rio Parna´ıba 33,5 307,0 115490 82
Volta Grande - Rio Grande 26,2 430,0 140038 85,7
Fonte: Adaptado de SOARES, input (2015).
Figura 18: Exemplo de uma turbina do tipo Kaplan. Fonte: Retirado de Hacker (2016).
• TURBINAS PELTON:
A turbina Pelton foi criada pelo americano Allan Lester Pelton, onde em 1878 iniciou experimentos envolvendo rodas d’ ´agua que o conduzira, a invenc¸ ˜ao de um novo conceito de rodas d’ ´agua baseadas no chamado ”splitter” (SOARES,
4.4 TURBINAS HIDR ´AULICAS 48
2013). A turbina Pelton ´e considerada como uma turbina de ac¸ ˜ao, onde a sua principal caracter´ıstica ´e a velocidade do jato na sa´ıda do bocal. Neste tipo de turbina, o torque ´e gerado pela ac¸ ˜ao de um jato livre sobre a dupla concha do rotor. Geralmente, ela ´e mais recomendada para alturas superiores a 150 metros podendo chegar at ´e 2000 metros, onde que, para menores alturas, torna- se mais conveniente o uso da turbina Francis (MELLO). Na Figura 19 verifica-se um exemplo de turbina Pelton, do fabricante Hacker. Na Tabela 8 mostra-se algumas instalac¸ ˜oes no Brasil que utilizam turbinas Kaplan.
Figura 19: Exemplo de uma turbina do Pelton. Fonte: Retirado de Hacker.
Tabela 8: Instalac¸ ˜oes com turbinas Pelton no Brasil.
Instalac¸ ˜oes H (m) Q (m3/s) N (CV) n (rpm)
Parigot de Souza - Rio Capivari 714,3 10,0 87200 514
Macabu - Rio Macabu 317,0 1,3 4480 722
Canastra - Rio Santa Cruz 314,6 10,8 33100 450
Fonte: Adaptado de SOARES, input (2015).
Neste trabalho, a turbina utilizada na Central Geradora Hidrel ´etrica ´e a tur- bina do tipo Francis, instalada horizontalmente.
5 ESTUDO DE CASOS